CN112016808B - 高效静电除尘器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及静电除尘器的选型改造，具体为一种经过改造后的高效静电除尘器。高效静电除尘器，该静电除尘器利用在线的电除尘指数实时评估除尘效率，并根据除尘效率和电除尘排放要求对本体和电源开展选型。本发明在基于大量电除尘分级除尘效率和总除尘效率的研究基础上提出了利用电除尘指数原理和方法，该原理是利用电除尘指数实时评估除尘效率，对本体和电源开展选型，满足5～20mg/m3的电除尘低排放要求。

Description

高效静电除尘器
技术领域
本发明涉及静电除尘器的选型改造，具体为一种经过改造后的高效静电除尘器。
背景技术
静电除尘的工作原理是利用粉尘在电场中荷电并在电场力作用下向除尘电极沉积，电除尘主要涉及到如下四大物理过程：
1)负极性高电压放电、烟气电离、产生负离子；
2)粉尘在电场和空间负离子的作用下被荷电；
3)带电粉尘在电场力和离子风的作用下被收集到阳极板；
4)被收集到阳极板的粉尘在振打作用下收集于灰斗。
上述四个过程中的任何一个没有达到设计要求都可能导致电除尘的高排放。电力行业的电除尘器主要是根据20世纪60年代提出的修正Deutsch公式开展电除尘器的选型，国内电除尘的设计和选型仍延续此方法至今。
修正Deutsch公式为：
Figure BDA0002612687230000011
式中：wk:粉尘的有效驱进速度，cm/s；S:电除尘的比集尘面积，m2/m3/s；k：经验系数(k～0.5)。S被定义如下：
Figure BDA0002612687230000012
式中：A：电除尘的总收尘阳极板面积，m2；Q：电除尘待处理的烟气流量，m3/s。
根据传统的选型和设计原理，电除尘的排放与电除尘入口粉尘浓度、粉尘驱进速度、电除尘比集尘面积有关，比集尘面积愈大、驱进速度愈大除尘效率愈高。在烟气风量一定下，要提高电除尘效率，必须增加收尘极板面积以增大比集尘面积。另外粉尘驱进速度是半经验性的，不同煤种及锅炉具有不同的取值范围。电除尘企业也根据煤的特性建立了粉尘驱进速度与煤中硫、钠等含量相关的数据库。电除尘设计和制造首先是通过选取粉尘驱进速度再根据方程式(1-1)推出电除尘比集成面积和除尘效率。然而从电除尘的应用看，即使在相同煤种和同样锅炉下，采用不同的高压电源技术或不同的本体结构设计，电除尘有不同的除尘效率，传统的电除尘选型方法对10～30mg/m3排放不能给出合理的设计和改造方案，根据驱进速度开展电除尘设计和选型偏差比较大，合理科学的电除尘改造方案应是通过比较目前的电除尘工况参数和改造后的参数来分析预测改造后的粉尘排放。
发明内容
为克服传统电除尘选型的局限性，针对10～30mg/m3的电除尘排放要求，甚至5～20mg/m3的电除尘超低排放要求，本发明提供了一种经过改造后的高效静电除尘器。
本发明是采用如下的技术方案实现的：高效静电除尘器，该静电除尘器利用在线的电除尘指数实时评估除尘效率，并根据除尘效率η和电除尘排放要求对本体和电源开展选型，电除尘指数与电除尘效率η满足
Figure BDA0002612687230000021
其中Ea·Ep·S定义为电除尘指数，其他参数定义如下：α和β：电厂工况和颗粒物半径相关实验系数；Ea：电除尘中的平均电场强度，kV/cm；Ep：电除尘中的峰值电场强度，kV/cm；S为电除尘的比集尘面积。电除尘指数的大小反映了单位烟气在电除尘器中的静电储能的高低，储能越大除尘效率就越高。本发明通过对运行中的静电除尘器电除尘指数在线检测，计算除尘效率，针对5～20mg/m3的电除尘超低排放要求，对本体和电源开展选型，对电除尘进行合理科学改造。
上述的高效静电除尘器，静电除尘器的电源为三相电源。
上述的高效静电除尘器，静电除尘器的第一和第二电场的进行多分区改造。
上述的高效静电除尘器，静电除尘器的每个电场增加一个阴极放电点，静电除尘器由单极线放电方式变为双极线放电方式。
上述的高效静电除尘器，静电除尘器的每个电场采用倍密度供电，板电流密度为0.6-0.8mA/m2。
本发明在基于大量电除尘分级除尘效率和总除尘效率的研究基础上提出了利用电除尘指数原理和方法，该原理是利用电除尘指数实时评估除尘效率，对本体和电源开展选型，满足5～20mg/m3的电除尘低排放要求。
附图说明
图1为电除尘排放浓度与电除尘指数的关系图。
图2为比集尘面积与运行电压的关系图。
图3为电源原理图。
图4为波形图。
图5为五电场改造为六电场静电除尘器示意图。
图6为阴极放电方式示意图。
图7为ZH三相电源原理图。
具体实施方式
本发明在基于大量电除尘分级除尘效率和总除尘效率的研究基础上率先提出了利用电除尘指数原理和方法，该原理是利用在线的电除尘指数不仅可实时评估除尘效率，也可对本体和电源开展选型。
决定电除尘效率的两大主要因素是：本体的大小和运行电压的高低。电除尘指数可以有效地反映这两方面，它与电除尘效率满足
Figure BDA0002612687230000031
其中Ea·Ep·S定义为电除尘指数，其他参数定义如下：α和β：电厂工况和颗粒物半径相关实验系数；Ea：电除尘中的平均电场强度kV/cm；Ep：电除尘中的峰值电场强度kV/cm；S为电除尘的比集尘面积。
电除尘指数的大小反映了单位烟气在电除尘器中的静电储能的高低，储能越大除尘效率就越高。方程(1-3)适应于常规单相电源、中频电源、高频电源、三相电源、3-4及5电场除尘器。
图1是对多台400～410mm间距电除尘测试结果，涉及到的电厂锅炉在250-600MW之间。L1线对应的燃煤含灰量在10％左右，L2在20％左右和L3在40％左右。
图2是在采用新一代三相电源下典型的电除尘指数、比集尘面积、运行电压、煤的含灰量关系图。图中的三条曲线代表在电除尘指数为700、1000和1300下的比集尘面积与运行电压关系，对应的电除尘排放分别是在100、50和20mg/m3左右。如对比集尘面积S为120m2/m3/s的四电场除尘器，电场的平均电压要高于65kV就可以实现20mg/m3以下的排放要求。烟气温度、湿度、灰比电阻、电极振打、电源技术等对电除尘效率的影响都可利用实时的运行电除尘指数来体现。
电源创新
电源比较
从电源原理图图3可以看出：工频电源和三相电源都是整流、升压两个过程；高频电源有整流、变频、升压三个过程，其中升压和变频都涉及到电能的转换，都有能量损耗，转换效率基本都是90％。由此可知，三相电源和工频电源的电源转换效率为90％，高频电源的电源转换效率为81％。三相电源和工频电源的电源转换效率比高频电源高10％左右。
通过波形图图4可以看出：工频电源为单相供电，有明显的波峰和波谷，而在波谷的时候，电源是没有能量供给，烟气中的粉尘会在未荷电的情况下经过电除尘本体，使得电除尘除尘效率低下。一般一电场的除尘效率只有75％左右。
高频电源的波形和工频电源的波形基本一致，也有波峰和波谷，只是频率加快，使得电除尘本体阴阳极之间形成存类似于电容放电过程，形成连续的波形，但在放电过程中没有电能注入，无法满足高效稳定除尘。一般一电场的除尘效率在80％-85％之间。
三相电源三相单独整流升压，升压后进行波形叠加，有效避免波谷的形成，可以高效稳定地提供电能，实现较高的除尘效率。ZH系列三相电源一电场的除尘效率在90％左右，配合双极线布置。一电场的除尘效率可以达到95％以上。
工频电源、高频电源、三相电源效率比较
Figure BDA0002612687230000041
ZH三相电源
ZH系列三相电源成功突破了困扰三相高压电源的三相同步时隙和闪络火花封锁技术瓶颈，并且首次利用电除尘指数理论进行除尘器电源设计。
三相高压电源是采用三相380V交流输入，通过三路六只可控硅反并联调压，经三相变压器升压整流，实现恒流和恒压供电。ZH三相电源原理图如图7所示。
主要技术特点
1)三相供电安全平衡
三相交流供电，电网损耗少，具有大幅度节能的优势。有利于电网的安全运行。
2)电能转换效率高
三相高压电源的原理设计决定了其具备更高功率因素和更高的电源转换效率，因为采用完全的三相调压，三相升压，三相整流，功率因数≥0.95，电源转换效率≥90％。
3)输出电压平稳
三相高压电源输出峰值接近于平均电压，电压平稳，波动小，电场达到均匀放电，有效控制反电晕、减少二次飞扬。
4)超大功率输出
三相高压供电回路能完全满足不同锅炉负荷的要求，最大功率输出达2.2A/95kV；
5)分级效率
大量的实验和三相高压电源实际运行情况对比分析，并进行分级效率比较，可证明三相高压电源比单相高压电源在除尘效率显著提高。
6)高压控制器
可满足各种不同工况条件的要求，如对粉尘比电阻比较高的一些特殊工况条件，控制器能根据电场中电压电流的变化，自动调整工作点，使设备提供的电压维持在电场能接受的最高电压附近。对发电负荷变化，控制器也可实现自动跟踪节能减排。
本体创新
小分区技术
该技术基于电除尘指数理论，对电场前后进行不对等分区，通过分区并配套相应电源，可大幅提高电场场强及荷电能力，从而提高除尘效率。
从改善电除尘的放电特性和目前国内本体的设计看，本体的改造主要是对第一和第二电场的本体开展前后多分区改造，采用小分区最大好处有:1)改善电除尘中放电的均匀性，降低反电晕强度，提高电除尘的有效利用空间；2)大幅提高供电分区的电压水平；3)降低因振打引起的二次飞扬。
因此，针对大多电厂电除尘选型比较小的情况，最有效的办法是将目前的一二电场前后分成多个小区供电。同时利用新型电源提高工作电压并增大电流密度，此方式为改造投资小、运行费用低，比较经济的方案。
如图5所示。原五电场除尘器在第一电场改造后变为第一、第二小电场的六电场除尘器。目前的600MW机组电除尘器每一个电场的比收尘面积在20-23m2/m3/s左右，第一电场的除尘效率在70-80％左右，研究表明在比收尘面积大于11m2/m3/s时，采用三相电源后一电场的除尘效率在90％以上，这样分区后原一电场的除尘效率可大幅度提高，为减低总的排放奠定基础。
双极线技术
如图6所示，单极线放电方式所产生的电晕离子风不能有效覆盖所有阳极板区域，烟尘流经电晕离子风未覆盖区域，不能有效荷电。双极线放电方式所产生的电晕离子风可以完全覆盖所有阳极板区域，从而使流经的烟尘完全荷电，提高收尘效率。同时，由于双极线布置增加了阴极放电点的数量，电源选型需要采用倍密度供电，即板电流密度达到0.6-0.8mA/m2。
传统的电除尘器电源设计选择的板电流密度为0.4mA/m2，而电除尘器运行状态下，二次电压和二次电流都无法达到设计值，造成电除尘器本体和电源在运行状态下的匹配性失位，无法实现高效除尘。双极线布置配合倍密度供电可有效解决这一问题，电除尘器实现高效稳定运行。
根据锅炉工况和烟气特性，配合ZH三相电源、小分区技术、双极线布置技术和板电流倍密度供电技术，可以对三到五电场的各种静电除尘器进行高效设计。如下表：
高效电除尘器设计方案和效率说明
Figure BDA0002612687230000061
Figure BDA0002612687230000071

Claims (2)

1.高效静电除尘器，其特征在于：该静电除尘器利用高压控制器，根据电场中电流电压的变化，自动调整工作点，对发电负荷变化，自动跟踪节能减排；利用在线的电除尘指数和电除尘运行参数实时评估除尘效率，并根据除尘效率和电除尘排放要求对本体和电源开展选型，电除尘指数与电除尘效率满足
Figure FDA0003538585960000011
其中Ea·Ep·S定义为电除尘指数，其他参数定义如下：α和β：电厂工况和颗粒物半径相关实验系数；Ea：电除尘中的平均电场强度；Ep：电除尘中的峰值电场强度；S为电除尘的比集尘面积；
静电除尘器的电源选型为三相电源；
静电除尘器的第一和第二电场的进行多分区改造；对电场前后进行不对等分区，通过分区并配套相应电源，可大幅提高电场场强及荷电能力；
静电除尘器的每个电场增加一个阴极放电点，静电除尘器由单极线放电方式变为双极线放电方式；
静电除尘器的每个电场采用倍密度供电，板电流密度为0.6-0.8mA/m2。
2.根据权利要求1所述的高效静电除尘器，其特征在于：三相电源选择为ZH三相电源。
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